水深水温探测仪校准
一、概述
水深水温探测仪是用于同步测量水体深度和水体温度的仪器。其工作原理通常为：利用压力传感器感应水压换算水深，利用热敏电阻或数字温度传感器感知水温。部分仪器同时集成声学测深模块，通过测量声波往返时间计算水深。为保证测量数据的准确性，水深水温探测仪需按周期进行校准。本文规定了水深水温探测仪的校准条件、校准项目、校准方法及数据处理要求。
二、校准环境条件
环境温度：校准实验室温度应在15℃～30℃范围内，校准过程中温度变化不超过±2℃。
相对湿度：不大于85%RH。
气压条件：校准期间大气压力变化不超过±1kPa。
水体条件：用于浸没式校准的水体应清洁无杂质，避免污染传感器探头。水温应能稳定控制。
电磁环境：校准区域应远离强电磁干扰源，避免对仪器电子系统造成影响。
三、校准用标准设备
| 序号 | 设备名称 | 技术指标要求 |
|---|---|---|
| 1 | 标准温度计 | 分辨率0.001℃，准确度±0.01℃ |
| 2 | 标准铂电阻温度计 | 准确度优于±0.005℃（用于高精度校准） |
| 3 | 恒温槽 | 温度波动度不大于±0.01℃/min，均匀度不大于±0.02℃ |
| 4 | 标准压力计/压力校验仪 | 压力测量不确定度不大于被校仪器最大允许误差的1/3 |
| 5 | 标准深度计 | 深度测量不确定度不大于被校仪器最大允许误差的1/3 |
| 6 | 标准声速仪 | 声速测量不确定度不大于±0.1m/s（适用于声学测深型仪器） |
| 7 | 标准大气压计 | 分辨率1Pa，准确度±50Pa |
四、校准项目及方法
4.1 外观及通电检查
检查仪器外壳、传感器探头有无裂纹、划痕、腐蚀或其他物理损伤。检查电缆、连接器是否完好，密封性能是否可靠。接通电源后，观察仪器自检过程是否正常完成，显示屏或通信接口能否正确输出数据。检查仪器各项参数设置功能是否正常，存储和回放功能是否可用。
4.2 水温测量校准
4.2.1 恒温槽法
将标准温度计与被校仪器的温度传感器同时放入恒温槽中，确保两者感温元件处于同一水平位置且充分接触传热介质。设定恒温槽温度，依次选取不少于5个温度校准点，覆盖仪器量程的低、中、高区段（典型温度点为0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃）。
每个温度点待恒温槽温度稳定后（波动不超过±0.01℃），同时读取标准温度计和被校仪器的温度示值。每个温度点稳定后读数不少于3次，取算术平均值作为该点的测量结果。
4.2.2 冰点校验
使用碎冰与蒸馏水混合制备冰水混合物，搅拌均匀后静置，确保存在冰水共存状态。将标准温度计和被校仪器的温度传感器插入冰水混合物中，深度不小于150mm，避免触碰容器壁和底部。待读数稳定后记录两者的温度示值。冰点温度标准值为0.00℃（在标准大气压下），用于验证仪器的零点偏差。
4.3 水深测量校准
4.3.1 压力式水深探测仪校准
将仪器的压力传感器连接至标准压力校验仪。按仪器量程均匀分布选取不少于5个压力校准点，从下限开始逐点升压至上限（正行程），再从上限逐点降压回到下限（反行程），每个压力点稳定后同时记录标准压力值和仪器输出的水深示值。
对于以淡水为介质的仪器，水深由压力换算得到，换算关系为：
h = ρg p − p 0
式中：
h——水深，单位m；
p——传感器测得的压力值，单位Pa；
p 0 ——大气压力值，单位Pa；
ρ——水的密度，单位kg/m³（取对应温度下的值）；
g——当地重力加速度，单位m/s²。
4.3.2 声学测深型仪器校准
使用标准深度计在已知深度的静水水域中进行比对校准。将声学测深仪探头固定于标准深度位置，记录仪器测得的水深值，与标准深度值进行比对。依次选取不少于5个不同深度点，覆盖仪器量程的低、中、高区段。同时记录校准时的水温，用于声速修正。声速修正公式为：
c = 1449.2 + 4.6T − 0.055T 2 + 0.00029T 3 + (1.34 − 0.01T)(S − 35) + 0.016D
式中：
c——声速，单位m/s；
T——水温，单位℃；
S——盐度，单位‰；
D——深度，单位m。
4.4 响应时间测试
将仪器温度传感器从室温环境迅速转移至设定好温度的恒温槽中，记录仪器示值达到最终稳定值的规定百分比（通常为90%）所需的时间，即为温度响应时间。同理，将压力传感器从常压状态迅速施加标准压力，记录水深示值达到稳定值规定百分比所需的时间，即为压力响应时间。响应时间应符合仪器技术说明书的规定。
4.5 稳定性检查
在校准条件下，将仪器置于某一固定温度和固定深度点，连续观测不少于1小时，每隔5分钟记录一次测量值。计算观测期间测量值的变化范围，评估仪器的短期稳定性。
五、数据处理
5.1 温度示值误差计算
单个校准点的温度示值误差按式（3）计算：
ΔT i = T ˉ mi − T si
式中：
ΔT i ——第 i个校准点的温度示值误差，单位℃；
T ˉ mi ——被校仪器在第 i个校准点的温度测量平均值，单位℃；
T si ——第 i个校准点的标准温度值，单位℃。
5.2 水深示值误差计算
单个校准点的水深示值误差按式（4）计算：
Δh i = h ˉ mi − h si
式中：
Δh i ——第 i个校准点的水深示值误差，单位m；
h ˉ mi ——被校仪器在第 i个校准点的水深测量平均值，单位m；
h si ——第 i个校准点的标准深度值，单位m。
5.3 迟滞误差计算
对于具有升降程的校准过程，迟滞误差按式（5）计算：
H i = ∣ h ˉ up,i − h ˉ down,i ∣
式中：
H i ——第 i个校准点的迟滞误差，单位m；
h ˉ up,i ——正行程第 i个校准点的水深测量平均值，单位m；
h ˉ down,i ——反行程第 i个校准点的水深测量平均值，单位m。
5.4 校准结果判定
将各项目的实测误差与仪器技术说明书规定的最大允许误差进行比较。全部校准项目均不超过最大允许误差的，判定该校准合格；任一项目超差的，判定为不合格，并注明不合格项目。对于部分项目超差但经修正后可满足使用要求的，可在校准报告中给出修正值或修正曲线。
六、校准周期
水深水温探测仪的推荐校准周期为12个月。对于长期连续工作于恶劣环境的仪器，可根据实际使用频率和环境条件缩短校准周期。仪器更换传感器探头或经过维修后，应重新进行校准。在两次校准之间，建议定期使用便携式标准温度计进行现场比对核验。
七、校准记录
校准完成后应填写校准记录，内容包括：仪器名称、型号规格、出厂编号、制造厂商、传感器类型、测量范围、校准日期、校准环境条件（温度、湿度、气压等）、使用的标准设备及其证书编号、各校准项目的原始数据、数据处理结果、校准结论及校准人员签字。校准记录保存期限不少于两个校准周期。
